Studi Numerik Defleksi dan Distribusi Tegangan pada Spar dengan Struktur I-beam yang Terbuat dari Material Komposit - Aplikasi pada Sudu Turbin Angin Avatar

Abstract

Dalam pembuatan sudu turbin angin harus diperhatikan material yang digunakan. Sudu turbin angin harus memiliki kekuatan spesifik yang tinggi (strength to weight ratio) dengan berat yang ringan. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dipelajari kinerja spar dari sudu turbin angin yang terbuat dari material komposit carbon reinforced polymer dan glass fiber reinforced polymer. Struktur spar pada sudu turbin angin memiliki geometri cantilever I beam. Dimensi spar disesuaikan dengan dimensi pada turbin angin riset AVATAR (Advanced iv Aerodynamic Tools of large Rotors) dan referensi INNWIND.EU dengan lebar pada flange dan web dibuat menjadi konstan. Penelitian dilakukan dengan pendekatan numerik finite element analysis menggunakan aplikasi ABAQUS CAE 2017. Sebelumnya akan dilakukan validasi model simulasi dengan membandingkan hasil defleksi studi terdahulu dengan penelitian ini. Hasil dari validasi menghasilkan perbedaan defleksi sebesar 0.1%. Hal ini menandakan pemodelan yang digunakan sudah sesuai. Selanjutnya, dipelajari kinerja defleksi dan tegangan pada spar yang terbuat dari 3 material berbeda yaitu S-glass 913/epoxy, TC35/epoxy, dan M55/epoxy dengan distribusi serat merata dan unidirectional. Hasil penelitian menunjukkan nilai defleksi dipengaruhi oleh modulus elastisitas E1 yang dapat menahan deformasi elastis. Selain itu, didapatkan daerah yang memiliki tegangan paling tinggi pada spar caps terletak di bagian root yang menjadi penopang gaya pembebanan. Sedangkan pada shear web, tegangan maksimum terletak pada bagian atas dan bawah yang mengalami kontak langsung dengan spar caps. Ketiga daerah ini harus diperhatikan lebih lanjut dikarenakan daerah dengan tegangan maksimum memiliki kemungkinan terjadinya failure pada sudu turbin angin.

CC Licencing

Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).